CDF 새로운 바리온 입자 발견: Omega-sub-b

Fermilab's CDF observes Omega-sub-b baryon by symmetry breaking

'핵입자' 바리온(Baryon)은 쿼크 3개로 이루어진 입자들을 일컫는 물리학 용어다. 가장 가벼운 바리온은 잘 알려진 '수소핵' 양성자로 양성자는 적어도 우주의 나이 보다는 더 오래 살 수 있다는 것이 알려졌다. 표준모형에 따르면 양성자는 안정하다.

강한 핵력이 쿼크들을 잡아서 바리온 입자를 만드는 힘이 되는데 양성자 내부 구조를 보다 자세히 들여다보면 쿼크 뿐 아니라 글루온이 상당한 에너지를 가지고 있는 것을 확인 할 수 있다. 실제 양성자 질량의 대부분은 쿼크의 정지질량이 아니라 글루온이 관여하는 양자색깔역학적 에너지에서 비롯된다는 것도 알려져 있다. 쿼크의 질량이 0이어도 양성자 질량의 대부분은 그대로 남는다.

LHC의 가동이 연기된 가운데 현재 세계 최대의 가속기는 시카고 근교의 테바트론(Tevatron). 대략 2 TeV의 에너지로 양성자-반양성자가 충돌시키는 이 장치는 톱 쿼크(top quark)를 발견한 것으로 유명한데, 최근 b-쿼크를 새로운 바리온 입자 omega-sub-b를 발견했다고 한다.

그림은 omega-sub-b의 붕괴과정을 나타낸 것. 우선 J/Psi와 omega-minus로 붕괴 한 후 J/Psi는 mu+mu-로 빠르게 붕괴하고, omega-minus는 1/3 cm 정도 진행후 K입자와 전기적 중성인 Lambda 입자로 그리고 최종적으로 다시 pi-와 양성자로 붕괴한다. omega-sub-b의 밸런스 쿼크는 s-s-b로 알려졌으며 붕괴 과정과 잘 합치한다.

기본 입자의 발견에 비해서야 그 중요성이 떨어지겠지만 새로운 바리온 입자의 발견은 우리가 더욱 자세히 QCD를 이해하는데 크게 도움이 되리라 생각한다.